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Predicting rotor heat transfer using the viscous blade element momentum theory and unsteady vortex lattice method

Samad Abdallah, Tagawa Gitsuzo B., Morency François et Volat Christophe. (2020). Predicting rotor heat transfer using the viscous blade element momentum theory and unsteady vortex lattice method. Aerospace, 7, (7), p. 90.

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Disponible sous licence Creative Commons Attribution.

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URL officielle: https://dx.doi.org/doi:10.3390/aerospace7070090

Résumé

Calculating the unsteady convective heat transfer on helicopter blades is the first step in the prediction of ice accretion and the design of ice-protection systems. Simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD) successfully model the complex aerodynamics of rotors as well as the heat transfer on blade surfaces, but for a conceptual design, faster calculation methods may be favorable. In the recent literature, classical methods such as the blade element momentum theory (BEMT) and the unsteady vortex lattice method (UVLM) were used to produce higher fidelity aerodynamic results by coupling them to viscous CFD databases. The novelty of this research originates from the introduction of an added layer of the coupling technique to predict rotor blade heat transfer using the BEMT and UVLM. The new approach implements the viscous coupling of the two methods from one hand and introduces a link to a new airfoil CFD-determined heat transfer correlation. This way, the convective heat transfer on ice-clean rotor blades is estimated while benefiting from the viscous extension of the BEMT and UVLM. The CFD heat transfer prediction is verified using existing correlations for a flat plate test case. Thrust predictions by the implemented UVLM and BEMT agree within 2% and 80% compared to experimental data. Tip vortex locations by the UVLM are predicted within 90% but fail in extreme ground effect. The end results present as an estimate of the heat transfer for a typical lightweight helicopter tail rotor for four test cases in hover, ground effect, axial, and forward flight.

Type de document:Article publié dans une revue avec comité d'évaluation
Volume:7
Numéro:7
Pages:p. 90
Version évaluée par les pairs:Oui
Date:3 Juillet 2020
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Sciences naturelles et génie > Sciences appliquées
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Module d'ingénierie
Unités de recherche > Centre international de recherche sur le givrage atmosphérique et l’ingénierie des réseaux électriques (CENGIVRE) > Laboratoire international des matériaux antigivres (LIMA)
Mots-clés:unsteady vortex lattice method, blade element momentum theory, convective heat transfer, icing/de-icing, rotorcraft, méthode du réseau vortex instable, théorie de la quantité de mouvement des éléments de pale, transfert de chaleur par convection, givrage/dégivrage, giravion
Déposé le:23 juin 2021 13:51
Dernière modification:23 juin 2021 13:51
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